JP2014056864A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＰＴを用いたＬ／ＳパターンによるＬＥＬＥ手法でピラーやホールパターンを形成することができ、且つ追加工程を必要とせずパターンの調整を行う。
【解決手段】半導体装置の製造方法あって、基板上に、Ｌ／Ｓの一部に非周期部分を有する第１の芯材パターン１１を形成し、これをスリミングした後に芯材パターン１１の側壁に第１の側壁膜１２を形成し、続いて芯材パターン１１を除去することにより、側壁膜１２からなる１層目のマスクパターン１３を形成する。次いで、１層目のマスクパターン１３上に、Ｌ／Ｓを有する第２の芯材パターン２１を形成し、これスリミングした後に芯材パターン２１の側壁に第２の側壁膜２２を形成し、続いて芯材パターン２１を除去することにより、側壁膜２２からなる２層目のマスクパターン２３を形成する。次いで、１層目及び２層目の各マスクパターン１３，２３を用い、基板を選択的に加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、基板上にピラーやホールパターンを形成するための半導体装置の製造方法に関する。

半導体デバイス製造工程において、Ｌ／Ｓ（Line & Space）の芯材パターンの両側に側壁膜を形成した後に芯材パターンを除去することにより、パターンピッチを１／２にするＳＰＴ（Spacer Patterning Transfer）と呼ばれる手法が知られている。さらに、ＳＰＴによるダブルパターニング処理で形成するＬ／Ｓパターンを２層以上用いてクロスポイント加工行うことで、アレイ状に配置されたピラーやホールパターンを形成するＬＥＬＥ（Litho-Etching-Litho-Etching）手法が知られている。

ＳＰＴを用いたＬ／ＳパターンによるＬＥＬＥ手法で形成したピラーやホールパターンは、基本的には元のＬ／Ｓパターンと同じピッチ上にしか形成できない。そのため、一部の個所だけ同ピッチ以外の場所に位置をずらしたり、削除したり、異なる形状のパターンにするなど、局所的にパターンを調整したい場合は、別途専用の工程を追加してパターン加工する必要がある。

しかし、この手法では製造コスト増加に加えて、追加パターンの合わせズレなどによる性能劣化や歩留り低下などのリスクが増える。また、デザインルール制約も厳しくなり、回路面積や性能に影響が出るという問題がある。

特開２０１２−４４１８４号公報 特開２０１１−１７６２２６号公報

発明が解決しようとする課題は、ＳＰＴを用いたＬ／ＳパターンによるＬＥＬＥ手法でピラーやホールパターンを形成することができ、且つ追加工程を必要とせずパターンの調整を行うことのできる半導体装置の製造方法を提供することである。

実施形態の半導体装置の製造方法は、基板上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンの一部に非周期部分を有する第１の芯材パターンを形成する工程と、前記第１の芯材パターンをスリミングした後に、該第１の芯材パターンの側壁に第１の側壁膜を形成する工程と、前記第１の側壁膜の形成後に前記第１の芯材パターンを除去することにより、前記第１の側壁膜からなる１層目のマスクパターンを形成する工程と、前記１層目のマスクパターン上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンを有する第２の芯材パターンを形成する工程と、前記第２の芯材パターンをスリミングした後に、該第２の芯材パターンの側壁に第２の側壁膜を形成する工程と、前記第２の側壁膜の形成後に前記第２の芯材パターンを除去することにより、前記第２の側壁膜からなる２層目のマスクパターンを形成する工程と、前記１層目及び２層目の各マスクパターンを用い、前記基板を選択的に加工する工程と、を含む。

実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す平面図。 図１の製造工程におけるプロセス状態を示す斜視図。 掘り込み量＜Ｆの場合（位置がずれる場合）の製造工程を示す平面図。 掘り込み量＞Ｆの場合（スリミングで切断される場合）の製造工程を示す平面図。 セリフ幅＝２Ｆの場合（接続する場合）の製造工程を示す平面図。 Ｆ＞セリフ幅＞１／２Ｆの場合（位置がずれる場合）の製造工程を示す平面図。 ２Ｆ＞セリフ幅＞Ｆの場合（側壁デポで接続される場合）の製造工程を示す平面図。 Ｆ＞２列のセリフ幅＞１／２Ｆの場合（側壁デポで接続される場合）の製造工程を示す平面図。 ＳＰＴ時に掘り込むパターン（掘り込み量＞Ｆにして切断する場合）の例を示す平面図。 ＳＰＴにおけるパターン調整方法による出来映え形状の差を示す平面図。 実施例１−１（５Ｆ幅パターンの形成）を説明するための模式図。 実施例１−２（５Ｆ幅パターン本数増加ルール）を説明するための模式図。 実施例１−３（５Ｆ幅パターン本数増加ルール）を説明するための模式図。 実施例１−４（９Ｆ以上幅パターン形成ルール）を説明するための模式図。 実施例２−１（３Ｆ幅パターン形成）を説明するための模式図。 実施例２−２（３Ｆ幅パターン間距離変更ルール）を説明するための模式図。 実施例２−３（３Ｆ幅パターン間距離変更ルール）を説明するための模式図。 実施例２−４（９Ｆ以上幅パターンルール）を説明するための模式図。 実施例３−１（Ｈ型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例３−２（凸型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例３−３（ト型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例３−４（Ｌ型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例３−５（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例３−６（十字型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例３−７（凸型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例４−１（３Ｆ幅パターン形成）を説明するための模式図。 実施例４−２（３Ｆ幅パターン形成）を説明するための模式図。 実施例４−３（２Ｆ幅パターン形成）を説明するための模式図。 実施例４−４（２Ｆ幅パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−１（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−２（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−３（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−４（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−５（矩形パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−６（矩形パターン形成）を説明するための模式図。 実施例５−７（矩形パターン形成）を説明するための模式図。 実施例６−１（パターン除去）を説明するための模式図。 実施例６−２（パターン除去）を説明するための模式図。 実施例６−３（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例６−４（凹型パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−１（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−２（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−３（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−４（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−５（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−６（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例７−７（チェーン状パターン形成）を説明するための模式図。 実施例８−１（ピッチずらしパターン形成）を説明するための模式図。 実施例８−２（ピッチずらしパターン形成）を説明するための模式図。 実施例８−３（ピッチずらしパターン形成）を説明するための模式図。 実施例９−１（ピッチずらしパターン形成）を説明するための模式図。 実施例９−２（ピッチずらしパターン形成）を説明するための模式図。 実施例９−３（ピッチずらしパターン形成）を説明するための模式図。

以下、実施形態の半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。

本実施形態では、ＳＰＴで一方のＬ／Ｓパターンを形成する際、芯材パターンに所望の形状となるようなセリフ（Serif）を付加したり掘りこみを入れておくことで、ダブルパターニング処理後にＬ／Ｓパターンの特定の箇所のみを接続／除去／位置ずらしすることができる。このように所望の形状となるように形成した一方のパターンに対して、もう一方のＬ／Ｓパターンを組み合わせてクロスポイント加工することで、アレイ状に配置したピラーやホールパターンの一部のみ除去したり、位置をずらすことができる。

図１は、本実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す平面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、基板上にＹ方向に延びたラインをＸ方向に一定間隔で配置し、且つ一部に隣接するラインを接続したセリフを有するＬ／Ｓの第１の芯材パターン１１を形成する。芯材パターン１１としては、リソグラフィにより形成されたレジストパターンを用いても良いし、レジストパターンを基にエッチングにより形成されたものであっても良い。

次いで、図１（ｂ）に示すように、第１の芯材パターン１１をエッチングによりスリミングした後に、第１の芯材パターン１１の側壁に第１の側壁膜１２を形成する。第１の側壁膜１２の形成方法としては、全面にＳｉＮ等の絶縁膜を形成した後に第１の芯材パターン１１が露出するまでエッチバックすればよい。

なお、側壁膜１２は必ずしも絶縁膜に限るものではなく、後に芯材だけを除去する際のエッチング時に十分な選択比を有するものであれば良い。また、芯材が露出するまでエッチバックする手法の代わりに、芯材パターン１１及び側壁膜１２が形成されていない部分を別の膜で埋め込んだ後に、ＣＭＰで表面部を削るようにしても良い。この場合も、ＣＭＰ後に別の膜だけをウェットエッチングなどで除去すれば、図１（ｂ）と同じ構造が得られる。

次いで、図１（ｃ）に示すように、第１の芯材パターン１１をエッチングにより除去する。これにより、第１の側壁膜１２からなる１層目のマスクパターン１３が形成される。

１層目のマスクパターン１３の凹部をＳｉＯ₂ 等で埋め込んで平坦化した後に、図１（ｄ）に示すように、Ｘ方向に延びたラインをＹ方向に一定間隔で配置したＬ／Ｓの第２の芯材パターン２１を形成する。

次いで、図１（ｅ）に示すように、第２の芯材パターン２１をエッチングによりスリミングした後に、第２の芯材パターン２１の側壁に第２の側壁膜２２を形成する。第２の側壁膜２２の形成方法としては、全面にＳｉＮ等の絶縁膜を形成した後に第２の芯材パターン２１が露出するまでエッチバックすればよい。なお、この場合も先に説明したように、側壁膜１２の材料選択やエッチバックの代替手法を適宜選択することができる。

次いで、図１（ｆ）に示すように、第２の芯材パターン２１をエッチングにより除去する。これにより、第２の側壁膜２２からなる２層目のマスクパターン２３が形成される。

図２（ａ）に１層目及び２層目のマスクパターン１３，２３が形成された状態を斜視図にて示しておく。図中の１０は下地基板、１５はマスクパターン１３の凹部に埋め込まれた絶縁膜である。なお、前記図１（ｃ）に示す工程で、１層目と２層目との間に２層目を加工するために必要な被加工膜を形成するようにしても良い。この場合の各マスクパターン１３，２３が形成された状態を、図２（ｂ）に示しておく。

次いで、１層目及び２層目の各マスクパターン１３，２３を用い、基板を選択的に加工する。この加工は、図１（ｇ）に示すような１層目及び２層目の各パターン１３，２３の重なり部分を掘り込むホール形成、又は図１（ｈ）に示すような重なり部分を残すピラー形成の何れでも良い。

図２（ｃ）にホールパターンを形成した例を示し、図２（ｄ）にピラーパターンを形成した例を示しておく。

このように本実施形態によれば、基本的にはＬ／Ｓパターンであり、一部の個所だけ異なる形状のパターンにすることができる。そしてこの場合、追加工程を導入することなくパターン調整が可能となるため、工程数増加によるコスト増加が低減できる。また、調整したい位置は元の芯材パターンで決まるので芯材パターンに対する合わせズレなどがなくデザインルール制約や歩留り劣化のリスクが少ないという利点がある。

ＳＰＴにおけるパターン調整方法の例を、図３〜図８に示す。それぞれの図において、（ａ）はリソグラフィを行った状態、（ｂ）はエッチングによるスリミング後に側壁デポを行った状態、（ｃ）は芯材除去を行った状態を示している。また、図中のＦはＬ／Ｓパターンのハーフピッチ値に相当する。掘り込み量やセリフ幅を調整することでダブルパターニング処理後のパターン位置をずらしたり、接続したり切断することができる。

図３は、掘り込み量＜Ｆの場合であり、スリミング→側壁デポ→芯材除去の工程により、最終的に得られるパターンの位置がずれる。図４は、掘り込み量＞Ｆの場合であり、スリミングによってパターンが切断される。図５は、セリフ幅＝２Ｆの場合（接続する場合）であり、デポによってパターンが分断される。

図６は、Ｆ＞セリフ幅＞（１／２）Ｆの場合であり、スリミング→側壁デポ→芯材除去の工程により、最終的に得られるパターンの位置がずれる。図７は、２Ｆ＞セリフ幅＞Ｆの場合であり、側壁デポによってパターンが接続される。図８は、Ｆ＞２列のセリフ幅＞（１／２）Ｆの場合であり、側壁デポによってパターンが接続される。

また、図９に芯材パターンにおける掘り込みの位置に関する例（掘り込み量＞Ｆにして切断する場合）を示す。

芯材掘り込み箇所は、図９（ａ）に示すように、Ｗ₁ 幅がＦ以下であればよい。また、図９（ｂ）に示すように、掘り込む位置がパターンの中央からずれていても良い。即ち、芯材パターン両側から掘り込んでも良いし、片側からだけ掘り込んでも良い。但し、両側から掘りこむ場合は合計寸法が片方から掘り込む場合の幅に相当する。さらに、図９（ｃ）に示すように、Ｗ＝０として完全に切断されていても良い。

また、図１０に掘り込みを利用した場合と、セリフによる接続を利用した場合の出来映え形状の差を示す。図１０（ａ）に示すような掘り込みに限らず、図１０（ｂ）に示すように、２本の芯材をＨ型に接続する手法によっても、芯材を掘り込む手法と同様にダブルパターニング加工後に対象の箇所がＵ字型に接続されたパターンを形成することが可能である。

ここで、図１０（ａ）（ｂ）から分かるように、両者で対象箇所の横に形成されるパターンの本数が異なり、掘り込み方式は偶数本、Ｈ型接続方式では奇数本のパターンが形成される。このため、所望の回路レイアウトや所有の加工プロセスによって適した手法を選択することができる。また、これらのクロスポイント加工において１層目と２層目などの順番は任意に変更することができる。これらのようなルールに従って形成したパターンを利用してＬＥＬＥ加工を行うことで、所望の形状を作製することができる。

このように本実施形態を用いることで、工程省略によるコスト削減やデザインルールの自由度向上によるチップ面積削減や性能向上などが期待できる。なお、本実施形態はＳＰＴに限らず、ＳＰＴを２回以上行うことで更にピッチを１／２化するＱＳＰＴ（Quarter SPT）手法や、ＳＰＴ側壁の周囲にさらに膜を付加して加工することで１／３化する手法などにも適用することができる。また、光を用いたリソグラフィ工程によるＳＰＴに限らずＥＵＶ露光やＮＩＬ（Nano Imprint Lithography）などの手法によるパターンを用いても良い。

以下に、具体的実施例として、９種類の方式（実施例１〜実施例９）を説明する。但し、所望の回路パターンによって、これらの手法から選定することも組み合わせて形成することも可能である。

（実施例１−１）
図１１は、（実施例１−１）を説明するための模式図である。

レジストのリソグラフィ（リソ１）により第１の芯材パターンに幅Ｗ₁ が０〜Ｆで、長さＬ₁ が２Ｆとなるように掘り込みを入れると、スリミング処理による加工でこの箇所だけがパターンが切断される。その結果、ダブルパターニング処理後（加工後１）には、隣接する２本のラインがＵ字型に接続されたパターンが、距離Ｆをあけて向かい合った形状となる。これにより、１層目のマスクパターンが形成される。

そして、もう一方の層は通常通りＳＰＴ法でＬ／Ｓを形成することにより、２層目のマスクパターンを形成する（リソ２，加工後２）。その後、１層目及び２層目の何れかのマスクパターンがある箇所が残しパターンとなるようにクロスポイント加工を行うと、この箇所だけ５Ｆ幅のホールパターンが形成される。また、ここからホールパターンを埋め込みパターンを反転させる反転加工を行うと、ピラーが形成される。なお、１層目と２層目のマスクパターンは逆転していても良い。

（実施例１−２）
図１２は、（実施例１−２）を説明するための模式図である。

（実施例１−１）において長さＬ₁ を４Ｆにすると、（加工後１）におけるパターンの切断箇所の間隔が長くなり、最終的には幅５Ｆ分のパターンが２列形成される。このように、Ｎ本形成したい場合は、Ｌ₁ を２Ｎ×Ｆの長さにすれば良い。

なお、Ｌ₁ がＦの奇数倍（２Ｎ−１）Ｆの場合でも同様のパターンが形成できるが、製造時や寸法に合わせバラツキが生じると、その変動量によっては５Ｆ幅や１Ｆ幅に変動するので、バラツキ管理を厳しくする必要がある。

（実施例１−３）
図１３は、（実施例１−３）を説明するための模式図である。

（実施例１−１）において、１本の芯材パターンにおける掘り込み箇所から距離Ｄ₁ あけて同様の掘り込みを行う場合、Ｄ₁ ＝２Ｆならば（実施例１−２）でＬ₁ ＝４Ｆの場合と同じく幅５Ｆパターンが２本並んだ形状となる。また、Ｄ₁ ＝４Ｆならば、図１３のように１列おいて５Ｆ幅パターンが形成される。このように、Ｎ列離れた位置に５Ｆ幅のパターンを２本配置する場合は、Ｄ₁ を２（Ｎ＋１）×Ｆの長さにすれば良い。

なお、Ｄ₁ ＜Ｆの場合は、スリミングでＤ₁ の箇所が除去されるために（実施例１−２）と同じ形状となる。

（実施例１−４）
図１４は、（実施例１−４）を説明するための模式図である。

１層目の芯材パターンの複数本で同様の処理を行うことで、幅５Ｆ以上のパターンを形成することができる。例えば、並んだ芯材２本で行うと幅が９Ｆのパターンとなる。芯材Ｍ本なら（１＋４Ｍ）Ｆの長さになる。これらを組み合わせることで、特定のピッチのピラーやホールパターンを形成するのと同時に配線などの長いサイズのパターンも形成することができる。

（実施例２−１）
図１５は、（実施例２−１）を説明するための模式図である。

本実施形態は、（実施例１−１）の加工方法を変えて、クロスポイント加工で１層目と２層目の各マスクパターンが重なる箇所のみを残す加工を行った方法である。それ以外は、（実施例１−１）と同様である。

本実施例では、上記のクロスポイント加工によって、幅３Ｆのパターンを形成することができる。本実施例では、ホールパターンではなくピラーパターンが形成されるが、このピラーパターンに対して埋め込みパターンを反転させる反転加工を行うと、ホールパターンが形成される。但し、この手法ではパターンは同時に２本形成される。

なお、Ｌ₁ を３Ｆにすれば、幅３Ｆパターンを１本だけ形成することも可能だが、製造時の寸法や合わせバラツキを考慮するとリスクが高い。

（実施例２−２）
図１６は、（実施例２−２）を説明するための模式図である。

（実施例２−１）において、長さＬ₁ を５Ｆの長さにすると、（加工後１）におけるパターンの切断箇所の間隔が長くなり、幅３Ｆのパターン間の距離が長くなる。即ち、長さＬ₁ を（１＋２Ｎ）Ｆの長さにすると、幅３Ｆパターン間に（１＋２Ｎ）Ｆの距離ができるようになる。

（実施例２−３）
図１７は、（実施例２−３）を説明するための模式図である。

（実施例２−１）において、１本の芯材パターンにおける掘り込み箇所から距離Ｄ₁ あけて同様の掘り込みを行う場合、Ｄ₁ ＝２Ｆならば幅３Ｆパターンが４本連続で並んだ形状となる。また、Ｄ₁ ＝４Ｆならば、図１７のように１列間あけて幅３Ｆパターンが２本ずつ並んだ形状が形成される。このように、Ｎ列離れた位置に３Ｆ幅のパターンを２本配置する場合は、Ｄ₁ を２（Ｎ＋１）×Ｆの長さにすれば良い。

なお、Ｄ₁ ＜Ｆの場合は、スリミングでＤ₁ の箇所が除去されるため、（実施例２−２）と同じ形状となる。

（実施例２−４）
図１８は、（実施例２−４）を説明するための模式図である。

１層目の芯材パターン複数本で同様の処理を行うことで、幅３ＦのパターンをＸ方向にも異なった位置に形成することができる。例えば、並んだ芯材２本で行うと、幅が３Ｆの長さのパターンをＸ方向に隣接して配置することが可能となる。

（実施例３−１）
図１９は、（実施例３−１）を説明するための模式図である。

本実施形態は、（実施例１−１）の手法において、２層目にも１層目と同様の掘り込みを行う方法である。

本実施例では、まず、（実施例１−１）と同様にして、（リソ１→加工後１）の工程により、隣接する２本のラインがＵ字型に接続されたパターンが、距離Ｆをあけて向かい合った１層目のマスクパターンを形成する。続いて、（リソ２→加工後２）の工程により、２層目の芯材パターンにも掘り込みを設けることにより、隣接する２本のラインがＵ字型に接続されたパターンが、距離Ｆをあけて向かい合った２層目のマスクパターンを形成する。つまり、１層目及び２層目の両層ともダブルパターニング処理時にこれらの箇所だけ切断される。そして、クロスポイント加工では、１層目及び２層目の何れかのマスクパターンがある箇所が残しパターンとなるようにする。

例えば、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を６Ｆとして、図１９のような位置関係で両層を重ね合わせて、両層若しくは何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、Ｈ型形状のホールパターンを形成することができる。さらに、このホールパターンを埋め込みパターンを反転させることにより、Ｈ型形状のピラーパターンを得ることができる。

（実施例３−２）
図２０は、（実施例３−２）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を４Ｆとして、図２０のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、何れかがあればパターンが残るような加工を行う。これにより、凸型形状のホールパターン又は凸型形状のピラーパターンを形成することができる。

（実施例３−３）
図２１は、（実施例３−３）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を２Ｆとして、図２１のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、何れかがあればパターンが残るような加工を行う。これにより、Ｘ方向直線部とＹ方向直線部が離間したト型形状のホールパターン又はト型形状のピラーパターンを形成することができる。

（実施例３−４）
図２２は、（実施例３−４）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を２Ｆとして、図２２のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、何れかがあればパターンが残るような加工を行う。これにより、Ｌ型形状のホールパターン又はＬ型形状のピラーパターンを形成することができる。

（実施例３−５）
図２３は、（実施例３−５）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を４Ｆとして、図２３のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、何れかがあればパターンが残るような加工を行う。これにより、凹字型形状のホールパターン又は凹字型形状のピラーパターンを形成することができる。

（実施例３−６）
図２４は、（実施例３−６）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を２Ｆとし、更に２層目の芯材パターンの複数本で同様の処理を行う。そして、図２４のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、何れかがあればパターンが残るような加工を行う。これにより、十字型形状のホールパターン又は十字型形状のピラーパターンを形成することができる。

（実施例３−７）
図２５は、（実施例３−７）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目のＬ₂ を２Ｆとして、図２５のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、何れかがあればパターンが残るような加工を行う。これにより、凸型形状のホールパターン又は凸型形状のピラーパターンを形成することができる。

（実施例４−１）
図２６は、（実施例４−１）を説明するための模式図である。

本実施例は、（実施例３−１）を変えて、クロスポイント加工で１層目と２層目の各マスクパターンが重なる箇所のみを残す加工を行った方法である。それ以外は、（実施例３−１）と同様である。

本実施例では、１層目のＬ₁ を４Ｆ、２層目のＬ₂ を４Ｆとして、図２６のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、上記のクロスポイント加工を行うことで、幅３Ｆのパターンを有する形状を作製することができる。

本実施例では、ホールパターンではなくピラーパターンが形成されるが、このピラーパターンを埋め込みパターンを反転させることによりホールパターンを得ることができる。

（実施例４−２）
図２７は、（実施例４−２）を説明するための模式図である。

（実施例４−１）において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目ではＬ₂ を２Ｆとし、更に２層目の芯材パターンの複数本で同様の処理を行う。そして、図２７のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、１層目と２層目が重なる箇所のみが残る加工を行う。これにより、図２７のような形状を形成できる。

（実施例４−３）
図２８は、（実施例４−３）を説明するための模式図である。

（実施例４−１）において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目ではＬ₂ を２Ｆし、更に２層目の芯材パターンの複数本で同様の処理を行う。そして、図２８のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、１層目と２層目が重なる箇所のみがクロスポイント加工を行う。これにより、図２８のような形状を形成できる。

（実施例４−４）
図２９は、（実施例４−３）を説明するための模式図である。

（実施例３−１）の手法において、１層目のＬ₁ を２Ｆ、２層目ではＬ₂ を２Ｆとして、図２９のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、１層目と２層目が重なる箇所のみがクロスポイント加工を行う。これにより、図２９のような形状を形成できる。

（実施例５−１）
図３０は（実施例５−１）を説明するための模式図である。

本実施形態は、（実施例１−１）の手法において、１層目加工後においてパターンを埋め込むなどの加工によりパターンが反転する処理を行ってから、２層目との組み合わせで所望の形状を作製する方法である。

（実施例１−１）の手法で、１層目加工後においてパターンを埋め込むなどの加工によりパターンが反転する処理を行う。これ以降は、（実施例１−１）と同様に、（リソ２）→（加工後２）→（クロスポイント加工）を行うことにより、ホールパターンを形成することができる。さらに、ホールパターンを埋め込みパターンを反転させることにより、ピラーパターンを作製することもできる。

例えば、１層目のＬ₁ を２Ｆ＜Ｌ₁ ＜４Ｆとして、図３０のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層の何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３０のような形状を形成できる。

（実施例５−２）
図３１は、（実施例５−２）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法で、１層目のＬ₁ を４Ｆ＜Ｌ₁ ＜６Ｆとして、図３１のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層の何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３１のような形状を形成できる。

（実施例５−３）
図３２は（実施例５−３）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、１層目のＬ₁ をＦ＜Ｌ₁ ＜２Ｆとして、図３２のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層の何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３２のような形状を形成できる。

（実施例５−４）
図３３は、（実施例５−４）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、２層目にも掘り込みを行うことで所望の箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目を２Ｆ＜Ｌ₁ ＜４Ｆ、２層目を２Ｆ＜Ｌ₂ ＜４Ｆとして、図３３のような位置関係で両層を重ね合わせて、両層若しくは何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３３のような形状を形成できる。

（実施例５−５）
図３４は、（実施例５−５）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、２層目にも掘り込みを行うことで所望の箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目を６Ｆ＜Ｌ₁ ＜８Ｆ、２層目を４Ｆ＜Ｌ₂ ＜６Ｆとして、図３４のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層の何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３４のような形状を形成できる。

（実施例５−６）
図３５は（実施例５−６）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、２層目にも掘り込みを行うことで所望の箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目を６Ｆ＜Ｌ₁ ＜８Ｆ、２層目を４Ｆ＜Ｌ₂ ＜６Ｆとして、図３５のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層の何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３５のような形状を形成できる。

（実施例５−７）
図３６は、（実施例５−７）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、２層目にも掘り込みを行うことで所望の箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目を６Ｆ＜Ｌ₁ ＜８Ｆ、２層目を６Ｆ＜Ｌ₂ ＜８Ｆとして、図３６のような位置関係で両層を重ね合わせて、両層若しくは何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３６のような形状を形成できる。

（実施例６−１）
図３７は（実施例６−１）を説明するための模式図である。

本実施例が先に説明した（実施例２−１）と異なる点は、１層目の加工後に反転プロセスを行うことにより、１層目のマスクパターンを形成することである。即ち、（実施例１−１）の手法において、ダブルパターニング処理により側壁パターンを形成した後に、反転プロセスを行うことにより、１層目のマスクパターンを形成する。このとき、１層目の芯材パターンのＬ₁ を０＜Ｌ₁ ＜Ｆに設定しておくことにより、側壁膜は隣接する一部で接続され、埋め込みによる反転パターンは、１本のラインが切断された形状となる。

これ以降は（実施例２−１）と同様の手法で２層目の形成及びクロスポイント加工を行う。即ち、クロスポイント加工で１層目と２層目の各マスクパターンが重なる箇所のみを残す加工を行う。

例えば、１層目のＬ₁ を０＜Ｌ₁ ＜Ｆとして、図３７のような位置関係で両層を重ね合わせて、両層があればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３７のような、パターンの一部が除去されたピラーパターンを形成することができる。さらに、このピラーパターンを埋め込みパターンを反転させる反転加工を行うと、ホールパターンが形成される。

（実施例６−２）
図３８は、（実施例６−２）を説明するための模式図である。

（実施例６−１）の手法において、２層目も１層目と同様の掘り込みを行うことで、両層ともダブルパターニング処理時にこれらの箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目のＬ₁ を０＜Ｌ₁ ＜Ｆ、２層目のＬ₂ を０＜Ｌ₂ ＜Ｆとして、図３８のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層があればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３８のような形状を形成できる。

（実施例６−３）
図３９は、（実施例６−３）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、２層目も１層目と同様の掘り込みを行うことで、両層ともダブルパターニング処理時にこれらの箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目のＬ₁ を７Ｆ＜Ｌ₁ ＜９Ｆ、２層目のＬ₂ をＦ＜Ｌ₂ ＜３Ｆとして、図３９のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層があればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図３９のようなＨ型形状を形成できる。

（実施例６−４）
図４０は、（実施例６−４）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法において、２層目にも掘り込みを行うことで所望の箇所だけが切断される。これらを組み合わせて所望の形状を作製する。

例えば、１層目を６Ｆ＜Ｌ₁ ＜８Ｆ、２層目を４Ｆ＜Ｌ₂ ＜６Ｆとして、図４０のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、１層目と２層目の何れかがあればパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図４０のような形状を形成できる。

（実施例７−１）
図４１は、（実施例７−１）を説明するための模式図である。本実施例は、チェーン状パターンを形成する方法である。

（実施例５−１）の手法における各層において、複数箇所に掘り込みを行い組み合わせることで、配線状につながったパターンを形成することができる。

例えば、図４１のように、１層目に長さＬ₁ ＝２Ｆの複数箇所の掘り込みを１列毎に距離Ｄ₁ ＝４Ｆずつ位置をずらして配置する。そして、２層目もＬ₂ ＝４Ｆとして、距離Ｄ₂ ＝４Ｆ離して掘り込みを形成しておき、図４１のような位置関係でマスクパターンの両層を重ね合わせて、両層がある箇所だけパターンが残るクロスポイント加工を行う。このクロスポイント加工では、１層目と２層目の各マスクパターンが重なる箇所のみを残す。これにより、図４１に示すようなピラーパターンを形成することができる。さらに、このピラーパターンを埋め込みパターンを反転させることにより、ホールパターンを得ることができる。

（実施例７−２）
図４２は、（実施例７−２）を説明するための模式図である。

（実施例７−１）の手法において、１層目の掘り込み位置を図４２のようにして組み合わせる。これにより、図４２のように、配線状につながったパターンを形成できる。

（実施例７−３）
図４３は、（実施例７−３）を説明するための模式図である。

（実施例７−１）の手法において、２層目の掘り込み位置を図４３のようにして組み合わせる。これにより、図４３のように、配線状につながったパターンを形成できる。

（実施例７−４）
図４４は、（実施例７−４）を説明するための模式図である。

（実施例７−１）の手法において、１層目の掘り込み位置を図４４のようにして組み合わせる。これにより、図４４のように、配線状につながったパターンを形成できる。

（実施例７−５）
図４５は、（実施例７−５）を説明するための模式図である。

（実施例７−１）の手法において、１層目の掘り込み位置を図４５のようにして組み合わせる。これにより、図４５のように、配線状につながったパターンを形成できる。

（実施例７−６）
図４６は、（実施例７−６）を説明するための模式図である。

（実施例７−１）の手法において、２層目の掘り込み位置を図４６のようにして組み合わせる。これにより、図４６のように、配線状につながったパターンを形成できる。

（実施例７−７）
図４７は、（実施例７−７）を説明するための模式図である。

（実施例５−１）の手法における各層において、複数箇所に掘り込みを行い組み合わせることで配線状につながったパターンを形成することができる。

例えば、図４７のように、１層目に長さＬ₁ ＝２Ｆの複数箇所の掘り込みを１列毎に距離Ｄ₁ ＝４Ｆずつ位置をずらして配置する。そして、２層目もＬ₂ ＝４Ｆとして、距離Ｄ₂ ＝４Ｆ離して掘り込みを形成しておき、図４７のような位置関係で両層を重ね合わせて、両層がある箇所だけパターンが残るクロスポイント加工を行う。これにより、図４７のような形状を形成できる。

（実施例８−１）
図４８は、（実施例８−１）を説明するための模式図である。この実施例は、ピッチずらしパターンを形成する方法である。

１層目の芯材パターンに前記図８に示すような、幅Ｗ₁ がＦ＞Ｗ₁ ＞（１／２）Ｆのセリフ（２列）を付加すると、ダブルパターニング処理時においてこの箇所だけが接続され、１ピッチずれたパターンとなる。ここで、２層目は通常通り形成する。そして、１層目及び２層目のマスクパターンの両方がある箇所のみ残るようなクロスポイント加工を行うと、この箇所だけ幅３Ｆ分のピラーパターンが形成されることになる。さらに、ピラーパターンを埋め込みパターンを反転させることにより、ホールパターンも形成することができる。

（実施例８−２）
図４９は、（実施例８−２）を説明するための模式図である。

（実施例８−１）と同様に、１層目の芯材パターンに、幅Ｗ₁ がＦ＞Ｗ₁ ＞（１／２）Ｆのセリフ（２列）を付加すると、ダブルパターニング処理時においてこの箇所だけが接続され、１ピッチずれたパターンとなる。ここで、２層目は通常通り形成する。そして、１層目及び２層目の何れかのマスクパターンがある箇所が残しパターンとなるようにクロスポイント加工を行うと、この箇所だけ幅２Ｆ分のホールパターンが形成されることになる。また、ここからホールパターンを埋め込みパターンを反転させる反転加工を行うと、ピラーパターンが形成される。

（実施例８−３）
図５０は、（実施例８−３）を説明するための模式図である。

（実施例８−１）と同様に、１層目の芯材パターンに幅Ｗ₁ がＦ＞Ｗ₁ ＞（１／２）Ｆのセリフ（２列）を付加すると、ダブルパターニング処理時においてこの箇所だけが接続され、１ピッチずれたパターンとなる。ここで、２層目にも同様に一部が接続されたパターンを形成する。そして、１，２層目の両方のマスクパターンがある箇所のみ残るようなクロスポイント加工を行うと、この箇所だけホールパターンが形成されることになる。さらに、反転させる加工処理をすると、ピラーパターンも形成できる。

（実施例９−１）
図５１は、（実施例９−１）を説明するための模式図である。この実施例も、ピッチずらしパターンを形成する方法である。

１層目の芯材パターンに前記図６に示すような、幅Ｗ₁ がＦ＞Ｗ₁ ＞（１／２）Ｆ以下のセリフを付加すると、ダブルパターニング処理時においてこの箇所だけが僅かにずれた（１ピッチより短い、例えば１／２ピッチずれた）パターンとなる。ここで、２層目は通常通り形成する。そして、１，２層目の両方のマスクパターンがある箇所のみ残るようなクロスポイント加工を行うと、この箇所だけ１／２ピッチ程度ずれたピラーパターンが形成されることになる。また、ピラーパターンを埋め込みパターンを反転させる反転加工を行うと、ホールパターンも形成することができる。

（実施例９−２）
図５２は、（実施例９−２）を説明するための模式図である。

１層目の芯材パターンに前記図７に示すような幅Ｗ₁ が２Ｆ＞Ｗ₁ ＞Ｆのセリフを付加すると、ダブルパターニング処理時においてこの箇所だけが接続され、１ピッチずれたパターンとなる。ここで、２層目は通常通り形成する。そして、１，２層目のマスクパターンの両方がある箇所のみ残るようなクロスポイント加工を行うと、この箇所だけ幅２Ｆ分のピラーパターンが形成されることになる。また、更に反転させる加工処理を行うと、ホールパターンも形成できる。

（実施例９−３）
図５３は、（実施例９−３）を説明するための模式図である。

１層目の芯材パターンに幅Ｗ₁ が１／２Ｆ以下のセリフ（２列）を付加すると、ダブルパターニング処理時においてこの箇所だけが、僅かにずれた（１ピッチよりも短い）ずれたパターンとなる。ここで、２層目は通常通り形成する。そして、１，２層目のマスクパターンの両方がある箇所のみ残るようなクロスポイント加工を行うと、この箇所だけピッチが僅かにずれたピラーパターンが形成されることになる。また、更に反転させる加工処理を行うと、ホールパターンも形成できる。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。

実施形態では、１層目のマスクパターンは常に非周期部分を有するものとしたが、２層目のマスクパターンに非周期部分を形成する場合は、１層目は通常のＬ／Ｓパターンとしても良い。即ち、１層目は通常のＬ／Ｓパターン、２層目を非周期部分を有するパターンとしても良い。

また、実施形態では１層目のマスクパターンと２層目のマスクパターンとを直交する関係としてが、必ずしも直角に交わる必要はなく、これらが交差しているものであればよい。さらに、１層目のマスクパターンと２層目のマスクパターンとは必ずしも交差する必要はなく、これらを互いに平行に配置しても良い。これにより、配線の形成に適用することも可能となる。

実施形態では、基板上に１層目及び２層目のマスクパターンを形成し、これらをマスクに用いたが、１層目のマスクパターンに相当するマスク及び２層目に相当するマスクパターンを有するマスクを別々に設け、これらのマスクを用いて被処理基板を加工するようにしても良い。

具体的には、第１の透明基板上に、Ｌ／Ｓパターンの周期部分の一部に非周期部分を有する第１のレジストパターンを形成し、第１のレジストパターンをスリミングした後に第１の側壁膜を形成する。その後に、第１のレジストパターンを除去することにより、第１のマスクを形成する。次いで、第２の透明基板上に、Ｌ／Ｓパターンを有する第２のレジストパターンを形成し、第２のレジストパターンをスリミングした後に第２の側壁膜を形成する。その後に、第２のレジストパターンを除去することにより、第２のマスクを形成する。

そして、これらマスクを用いて基板上のレジストを二重露光し、レジストパターンを基に基板を加工することにより、ピラーやホールパターンを形成する。このような工程によっても実施形態で説明したものと同様のパターンが得られる。

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…基板
１１…第１の芯材パターン
１２…側壁膜
１３…１層目のマスクパターン
１５…埋め込み絶縁膜
２１…第２の芯材パターン
２２…側壁膜
２３…２層目のマスクパターン

Claims (10)

1. 基板上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンの一部に非周期部分を有する第１の芯材パターンを形成する工程と、
   前記第１の芯材パターンをスリミングした後に、該第１の芯材パターンの側壁に第１の側壁膜を形成する工程と、
   前記第１の側壁膜の形成後に前記第１の芯材パターンを除去することにより、前記第１の側壁膜からなる１層目のマスクパターンを形成する工程と、
   前記１層目のマスクパターン上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンを有する第２の芯材パターンを形成する工程と、
   前記第２の芯材パターンをスリミングした後に、該第２の芯材パターンの側壁に第２の側壁膜を形成する工程と、
   前記第２の側壁膜の形成後に前記第２の芯材パターンを除去することにより、前記第２の側壁膜からなる２層目のマスクパターンを形成する工程と、
   前記１層目及び２層目の各マスクパターンを用い、前記基板を選択的に加工する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第２の芯材パターンは、前記第１の芯材パターンのＬ／Ｓパターンとは直交する方向にＬ／Ｓパターンを有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記非周期部分として、前記Ｌ／Ｓパターンのラインパターンの一部に掘り込み又はセリフを設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記非周期部分として、前記Ｌ／Ｓパターンのうちの隣接するラインパターンの一部を接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１の芯材パターン及び前記第２の芯材パターンを共にレジストで形成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第２の芯材パターンの一部に非周期部分を形成することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記１層目及び２層目の各マスクパターンの交差部分に対応するピラー又はホールパターンを形成することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第１の側壁膜からなるマスクパターンの反転パターンを形成し、この反転パターンを前記１層目のマスクパターンとして用いることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
9. 基板上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンを有する第１の芯材パターンを形成する工程と、
   前記第１の芯材パターンをスリミングした後に、該第１の芯材パターンの側壁に第１の側壁膜を形成する工程と、
   前記第１の側壁膜の形成後に前記第１の芯材パターンを除去することにより、前記第１の側壁膜からなる１層目のマスクパターンを形成する工程と、
   前記１層目のマスクパターン上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンの一部に非周期部分を有する第２の芯材パターンを形成する工程と、
   前記第２の芯材パターンをスリミングした後に、該第２の芯材パターンの側壁に第２の側壁膜を形成する工程と、
   前記第２の側壁膜の形成後に前記第２の芯材パターンを除去することにより、前記第２の側壁膜からなる２層目のマスクパターンを形成する工程と、
   前記１層目及び２層目の各マスクパターンを用い、前記基板を選択的に加工する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 基板上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンを有する第１の芯材パターンを形成し、該芯材パターンをスリミングした後に該芯材パターンの側壁に第１の側壁膜を形成し、次いで前記第１の側壁膜の形成後に前記第１の芯材パターンを除去することにより、前記第１の側壁膜からなる１層目のマスクパターンを形成する工程と、
    前記１層目のマスクパターン上に、ラインとスペースを周期的に配置したＬ／Ｓパターンを有する第２の芯材パターンを形成し、該第２の芯材パターンをスリミングした後に、該第２の芯材パターンの側壁に第２の側壁膜を形成し、次いで前記第２の側壁膜の形成後に前記第２の芯材パターンを除去することにより、前記第２の側壁膜からなる２層目のマスクパターンを形成する工程と、
    前記１層目及び２層目の各マスクパターンを用い、前記基板を選択的に加工する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法であって、
    前記第１及び第２の芯材パターンの少なくとも一方で、前記芯材パターンの形成に際して前記Ｌ／Ｓパターンの一部に非周期部分を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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